面试题：MongoDB集群中Replica Set的作用及工作原理

Question

请详细阐述MongoDB集群里Replica Set的主要功能是什么，它是如何保证数据的高可用性和一致性的，在选举机制方面又是怎样运作的？

Answer 1

Replica Set主要功能

1. 数据冗余：将数据复制到多个节点，确保数据的安全性和持久性。即使某个节点出现故障，数据依然可以从其他节点获取。
2. 读负载均衡：除了主节点（Primary）用于处理写操作外，从节点（Secondary）可以分担读操作的负载，提高系统整体的读取性能。

保证数据高可用性和一致性的方式

1. 数据复制：主节点上的数据变更会通过oplog（操作日志）记录，然后异步地将这些操作应用到从节点上，保持各个节点数据的一致性。
2. 故障检测与自动故障转移：集群中的节点通过心跳机制（使用ping命令）相互监控。如果一个节点在指定时间内没有收到来自其他节点的心跳，就会认为该节点出现故障。当主节点故障时，从节点会发起选举，选出新的主节点，保证服务的连续性，从而实现高可用性。
3. 写操作确认：MongoDB支持不同级别的写操作确认（write concern）。例如，设置w:majority表示写操作需要等待大多数节点（超过一半的节点）确认写入成功，才认为本次写操作成功，确保数据的一致性。

选举机制运作

1. 选举触发条件：当主节点与集群失联（通过心跳检测），或者主节点主动放弃主节点身份（例如网络分区恢复后，原主节点发现自己不再是大多数节点中的一员）时，会触发选举。
2. 选举参与者：只有具备选举权（voting member）的节点才能参与选举。节点的选举权可以通过配置文件或管理命令进行设置，默认情况下，所有节点都有选举权。
3. 选举流程：
   • 每个具备选举权的从节点会给自己投一票，并向其他具备选举权的节点发送选举请求（包含自己的选举纪元、日志时间戳等信息）。
   • 收到选举请求的节点会根据一定的规则来决定是否投票。这些规则包括：请求节点的日志是否是最新的（通过比较oplog的时间戳），请求节点的优先级（priority，可在配置中设置，优先级高的节点更容易被选为新主节点，优先级范围为0 - 1000，0表示该节点不能成为主节点）等。
   • 如果一个节点获得大多数具备选举权节点的投票（超过一半），则该节点赢得选举，成为新的主节点。然后新主节点会通知其他节点更新状态，集群恢复正常运行。